趙海賓

（河北交通職業(yè)技術(shù)學院汽車工程系，河北 石家莊 050035）

基于LabVIEW的汽車動力性測試分析系統(tǒng)的研究

趙海賓

（河北交通職業(yè)技術(shù)學院汽車工程系，河北 石家莊 050035）

針對當前汽車動力性的測試方法單一且可分析性差的問題，基于虛擬儀器技術(shù)建立了汽車動力性測試系統(tǒng)。系統(tǒng)以圖形化編程語言LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，配以筆記本電腦、傳感器、信號調(diào)理卡和數(shù)據(jù)采集卡組成。該系統(tǒng)可以完成對汽車動力性的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和顯示功能。

LabVIEW；動力性；數(shù)據(jù)采集

CLC NO.:U461.8Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-187-02

引言

由于現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)和使用條件的日趨復雜, 汽車生產(chǎn)廠家需要在汽車設(shè)計生產(chǎn)過程中進一步控制汽車的性能，使其具有很高的實用性和經(jīng)濟效益。但傳統(tǒng)檢測儀器由于出廠前已定義好，用戶無法更改[1]，只能實現(xiàn)特定的功能。存在擴展能力低以及開放性差的缺點，很難滿足當前需要。為提高測試效率，適應在速度、準確度、數(shù)據(jù)分析以及現(xiàn)場實用性等方面日益提高的測試要求，結(jié)合NI公司的軟、硬件構(gòu)建了汽車動力性測試分析系統(tǒng)。

1、測試系統(tǒng)建立的理論依據(jù)

根據(jù)汽車的動力性評價指標：最高車速Vmax、加速時間 t和爬坡能力imax。該系統(tǒng)動力性能的測試包括最高車速試驗，加速性能試驗和最低穩(wěn)定車速試驗。

2、測試系統(tǒng)的組成

汽車動力性測試分析系統(tǒng)是通過虛擬儀器技術(shù)來完成對傳感器發(fā)出的速度信號的采集、處理和分析。借助軟件來實現(xiàn)采集、顯示、分析等功能。該系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分構(gòu)成。

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

硬件部分主要由OES-Ⅱ非接觸測長測速傳感器、DAQ card-AI-16E-4(NI-6041E)數(shù)據(jù)采集卡、SC-2040數(shù)據(jù)保持卡、自行設(shè)計制作的電壓轉(zhuǎn)換器和筆記本電腦組成。

測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)的軟件組成

軟件部分是測試系統(tǒng)的核心部分，主要實現(xiàn)速度傳感器信號的采集、分析并顯示車輛行駛的實時速度、路程、最大加速度。測試系統(tǒng)以圖形化編程語言LabVIEW為工具，編寫汽車動力性測試系統(tǒng)程序。

2.2.1 動力性測試的主界面系統(tǒng)設(shè)計

汽車動力性測試系統(tǒng)的主程序主要是用來控制各子程序和功能模塊之間的關(guān)系。主程序的前面板界面是根據(jù)國家標準GB/T 12544—90試驗標準的需要設(shè)計的。包括傳感器的標定按扭、傳感器信號采集按扭、最高車速試驗按扭和加速性能試驗按扭[2]。動力性測試的主界面如圖2所示。

圖2 動力性測試系統(tǒng)的主操作界面

2.2.2 動力性信號采集界面設(shè)計

數(shù)據(jù)采集提供了整個測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，是虛擬儀器的重要組成部分。

數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計中考慮到了數(shù)字濾波功能的設(shè)計，National Instruments公司的Digital Filter Design Toolkit(數(shù)字濾波器設(shè)計工具庫)[3]。它是各種數(shù)字濾波器設(shè)計及檢測的單獨運行軟件。

2.2.3 速度性能測試程序設(shè)計

圖3 速度計算程序框圖

速度的計算方法：首先應根據(jù)車速的不同來選擇適合的采樣頻率，再根據(jù)不同的采樣頻率來決定采樣點數(shù)，使得一次采樣的速度的計算值可以實現(xiàn)并較為合理。由于一次采樣的時間很短可以近似的認為這段采樣時間內(nèi)的速度就是車輛的瞬時速度。每一次采樣汽車行駛速度V由采樣時間、本次采樣的距離、脈沖個數(shù)和速度傳感器靈敏度系數(shù)確定。 速度計算程序后面板如圖3所示。

2.2.4 加速性能測試界面設(shè)計

汽車行駛加速度的計算，根據(jù)兩次相鄰采樣的汽車速度差和兩次采樣間隔的時間差，再根據(jù)下列公式計算：

式中： Vt—本周期的車速，單位Km/h；

V0—上一個周期的車速，單位Km/h；

t—為兩個采樣之間的間隔，單位s

求得每一次采樣的加速度值，由于兩次采樣間隔時間非常短，最大為0.1秒或更小，可以近似認為計算值為加速度瞬時值。經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后可以顯示在圖表中，特定速度區(qū)間的加速時間也可以在設(shè)定的速度區(qū)間中顯示。加速度的顯示通過前面板的圖表來顯示，當圖表生成后可以通過圖表中的游標來拾取數(shù)值，且可以同時使用多個游標。以實現(xiàn)拾取任意速度之間的加速時間既可以從0開始加速，也可以從任意速度值開始，這就為測試帶來方便。

加速性能測試界面如圖4所示。

圖4 加速性能測試界面

3、系統(tǒng)的測試實驗和驗證

為了驗證動力性測試程序的準確性和快速性，使用該系統(tǒng)進行了實際測試工作。采用天汽美亞騎兵TM6500A輕型越野車為試驗車，在HPA底盤測功機上對試驗車進行空載速度試驗。由傳感器直接照射轉(zhuǎn)鼓來獲取信號。信號通過Butterworth濾波器帶通濾波，帶通頻率為10HZ～200kHZ[4]。根據(jù)場地條件采用汽車電瓶作為照明燈電源。備用汽車電瓶經(jīng)自制變壓轉(zhuǎn)換器，降低電壓后單獨作為傳感器電源。

汽車由靜止開始逐漸增加車速，從系統(tǒng)速度曲線和數(shù)據(jù)可以得到車輛的最高車速。同時，從速度曲線上可以直接獲得任意時間的速度值和任意兩個速度之間的加速時間（加速時間可以由坐標拾取功能獲得），從而，可以求得任意時間段的加速度值。

4、結(jié)論

從整個測試過程和實驗分析結(jié)果來看，基于LabVIEW開發(fā)車輛汽車性能測試分析系統(tǒng)是可行的，并且復現(xiàn)性能好，能較精確地反映測試實驗數(shù)據(jù)。

[1]嚴一平.虛擬儀器技術(shù)和發(fā)展趨勢〔J〕.上海計量測試,2009，(03)：16～ 17.

[2]鮑曉峰.汽車試驗與檢測.北京：機械工業(yè)出版社,2015.24 ～33.

[3]National Instruments Corp．Signal Processing Toolset Reference Manual.Austin, Texas USA．January 1999.25 ～85.

[4]吳湘淇.信號系統(tǒng)與信號處理.北京：電子工業(yè)出版社.2008.55 ～ 97.

The automobile performance test and analysis system based on LabVIEW

Zhao Haibin
( Department of Automobile Engineering, Hebei Jiaotong Vocational&Technical College, Hebei Shijiazhuang 050035 )

In view of the current automobile power performance test method of the single and analytical problem of poor, automobile power performance test system was built based on virtual instrument technology. System with LabVIEW graphical programming language for software development platform, with a laptop computer, sensors, data acquisition card and a data acquisition card. The system can complete data acquisition, processing, analysis of the automobile power performance and display function.

LabVIEW; Dynamic property; Data acquisition

U461.8

A

1671-7988 (2017)02-187-02

趙海賓，男，(1978.10-)，就職于河北交通職業(yè)技術(shù)學院，講師，畢業(yè)于河北工業(yè)大學車輛工程專業(yè)，碩士研究生。研究方向：汽車電子控制技術(shù)及故障診斷。

2015年度河北省科學技術(shù)廳河北省科技計劃項目《基于LabVIEW的汽車整車性能測試分析系統(tǒng)的研究》的研究成果之一。項目編號：15212216。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.063